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基于知识工程的内河船舶横剖面结构优化设计系统研究
| 论文题名： | 基于知识工程的内河船舶横剖面结构优化设计系统研究 |
| 关键词： | 内河船舶;结构优化设计;人工蜂群算法;单目标优化;多目标优化 |
| 摘要： | 内河航运以其高运能、低能耗和环境友好的优势，在当今多式联运、运输互联的时代正受到人们愈发的关注。随着疫情的逐步缓解，日趋白热化的水运市场竞争引起了对内河船舶设计技术的更高需求。作为船舶设计的核心之一，高质量、高效率的结构设计至关重大。但由于内河船舶船型混杂带来的模型、规范差异性，海量结构参数的耦合性，需求性能的相左性等一系列问题的存在，使得河船结构设计的研究具有很大的挑战性。 因此，本文针对内河船舶结构设计的提质提效问题，引入知识工程，并结合人工蜂群算法，对内河船剖面结构建模、校核、设计和优化的全流程方法技术进行研究和集成。具体内容如下： 第一，为利用知识工程辅助结构设计，首先归纳了船舶设计中的相关知识，利用知识工程技术建立了包含标准结构、设计规范和母型案例的船舶知识库，进而提出内河船舶知识系统作为结构设计推理机。 第二，针对内河船舶船型低标准化的问题，首先设计了一种分层参数框架，其次采用自定义特征表达船舶结构，基于动态配置将特征抽象化，从而得到了统一的内河船舶模型，并根据构件库建立了快速建模方案。 第三，针对内河船舶结构初始设计效率低的问题，在所开发的规范自动检验和结构推荐功能支持下，基于母型库从节省材料和保证结构安全性的角度分别提出规范设计法和裕度插值法，以实现继承母型结构的快速设计。通过实船测试和对比分析，分别证明了由模型决定的校核功能兼容性，规范法的可靠性以及插值设计法相对同类算法在保留母型裕度上的有效性。 第四，为进一步促进内河船舶结构的高质量设计，基于知识库所转化的连续优化模型，利用改进的自适应蜂群算法和支配蜂群算法探讨结构尺寸单目标和多目标优化方案。以数值仿真和实例优化，验证了自适应蜂群算法相对原蜂群算法和局部优化蜂群算法，支配蜂群算法相对于NSGAII，在经典测试用例和实际工程问题上的可行性和先进性。 第五，从提高实用价值角度出发，利用相关软件开发技术，将所研究的功能和算法集成为内河船舶优化设计系统，使用实例的全流程设计验证模块集成度。 |
| 作者： | 聂庞 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 向先波;陈志飚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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